지각이 생성하고 소멸하는 과정에서 마그마가 나타난다.
마그마는 지각의 하부나 맨틀의 상부에서 암석이 용융된 물질이다. 마그마가 굳어져서 만들어진 암석을 화성암이라 한다.
마그마의 생성 조건
마그마는 지각 내부에서 생성되는 액체 또는 반고체 상태의 물 질로, 화산 폭발과 지각판 이동 등 지질 현상의 원인이 된다.
마그마라는 이름은 15세기 중반, “찌꺼기, 유기물의 거친 혼합물”이란 뜻으로, 라틴어에서 유래된 magma “연고의 찌꺼기”에서 비롯되었습니다.
마그마 생성은 일반적으로 원소의 방사성 붕괴에 의해 생성되는 지구 내부 열로 인해 고체 암석이 녹는 것으로 시작된다.
바위가 녹으면서 밀도가 낮아지고 마그마 주머니를 형성하며 지표면을 향해 상승합니다.
마그마는 규산염, 철, 마그네슘, 그리고 알루미늄을 포함한 다양한 원소와 광물의 조합으로 구성되어 있습니다.
그것의 구성은 위치와 지질 조건에 따라 달라질 수 있습니다.
지구 내부 온도 상승으로 인한 마그마 생성
지구 내부 온도가 상승하여 물이 포함된 화강암의 용융점보다 높아지면 대륙 지각이 용융되어 유문암질 마그마가 된다.
압력이 감소하여 맨틀 물질이 용융
맨틀 물질이 상승하여 압력의 감소로 맨틀의 용융점이 지하의 온도보다 낮아지면 맨틀 물질이 용융되므로 현무암질 마그마가 생성된다.
물이 공급되어 맨틀 물질이 용융
물의 공급으로 맨틀의 용융점이 지하의 온도보다 낮아지면 맨틀 물질이 용융되므로 현무암질 마그마가 생성된다.
마그마의 종류와 생성 장소
SiO2 함량에 따라 현무암질 마그마, 안산암질 마그마, 유문 암질 마그마로 구분한다.
현무암질 마그마의 생성
해령 하부에서 맨틀 대류의 상승에 의해서 압력이 낮아지는 경우, 열점에서 온도가 상승하는 경우와 맨틀 대류의 상승에 의해서 압력이 낮아지는 경우 생성된다.
화강암질 마그마의 생성
물을 포함한 화강암의 경우 현무암보다 용융 온도가 낮아 해양판이 대륙판 밑으로 섭입되는 베니오프대(섭입대)와 접해있는 대륙판의 하부에서 화강암질(또는 안산암질) 마그마가 생성된다.
화성암의 종류
화산암: 현무암, 안산암, 유문암
심성암: 반려암, 섬록암, 화강암
보웬의 반응계열은 마그마가 냉각되어 광물을 만든다고 할 때, 어떤 경향을 따르는 지를 보여주는 모델이다.
여기서 말하는 초기 마그마란, 비알칼리 계열의 현무암질 마그마를 의미한다.
일부 광물은 만들어진 뒤 다음 광물을 만드는 데 소모되어버린다. 그러나 기본적으로 대부분의 먼저 결정화된 광물은 빠져나가므로 결국 온도가 낮아지면 잔류 용융물의 성분은 바뀔 수밖에 없다. 바로 이 과정이 반복될 때 만들어지는 고체상의 성분이 어떻게 변화할 것인가를 보여주고 있다.
보웬의 반응계열은 고철질(Mg, Fe가 풍부한) 광물이 먼저 정출되고 그 뒤를 따라 점점 알칼리, 알루미늄 및 규소가 풍부한 광물이 만들어지는 것을 잘 보여주고 있다.
이 정출 순서를 따르면,
현무암에서는 정장석, 백운모 등은 나타날 수 없으며, 감람석, 휘석, Ca-장석의 조합이 주를 이루어야한다.
안산암에서는 Ca와 Na가 포함된 장석, 그리고 휘석, 각섬석, 흑운모 등이 발견될 수 있을 것이다.
유문암에서는 흑운모, 사장석, 정장석, 백운모, 석영이 나올 것이다.
마그마가 냉각되면서 장석은 Ca을 먼저 소모하고 Ca이 소모되면서 Na가 풍부한 상태로 결정화된다.
즉, 사장석은 마그마가 진화하면서 계속 나타나지만, 장석의 성분이 점점 칼슘이 적고 소듐이 많은 쪽으로 변화하게 된다. 그러나 상당히 진화한 마그마에서도 Ca가 장석에 완전히 고갈되지는 않고 어느 정도 가지고 있다.
정장석의 경우에는 마그마의 성분이 어느 정도 칼슘을 소모해서 열역학적인 모종의 경계를 넘어서야 그 뒤부터 알칼리 장석이 만들어질 수 있기 때문에 사장석보다 나중에 나오는 것처럼 그려놓았다.